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資訊專欄INFORMATION COLUMN

Java集合之ArrayList源碼解析

W4n9Hu1 / 1955人閱讀

摘要:數(shù)組的大小會(huì)根據(jù)容量的增長(zhǎng)而動(dòng)態(tài)的增長(zhǎng),具體的增長(zhǎng)方式請(qǐng)看這里構(gòu)造函數(shù)提供了三種方式的構(gòu)造器。這些元素按照該的迭代器返回的順序排列的。

原文地址

ArrayList

ArrayListList接口的 可變數(shù)組的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了所有可選列表操作,并允許包括 null 在內(nèi)的所有元素。除了實(shí)現(xiàn) List接口外,此類還提供一些方法來(lái)操作內(nèi)部用來(lái)存儲(chǔ)列表的數(shù)組的大小。ArrayList繼承自 AbstractList,這是一個(gè)抽象類對(duì)一些基礎(chǔ)的list操作做了一些封裝.實(shí)現(xiàn)了RandomAccess 標(biāo)記接口,表明可以實(shí)現(xiàn)快速隨機(jī)訪問(wèn).實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口的實(shí)現(xiàn)表示該容器具有Clone函數(shù)操作,Serializable是序列化。

每個(gè)ArrayList實(shí)例都有一個(gè)容量,該容量是指用來(lái)存儲(chǔ)列表元素的數(shù)組的大小。它總是至少等于列表的大小。隨著向ArrayList中不斷添加元素,其容量也自動(dòng)增長(zhǎng)。自動(dòng)增長(zhǎng)會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)向新數(shù)組的重新拷貝,因此,如果可預(yù)知數(shù)據(jù)量的大小,就可在構(gòu)造ArrayList實(shí)例時(shí)指定其容量。

在添加大量元素前,應(yīng)用程序也可以使用ensureCapacity操作來(lái)增加ArrayList實(shí)例的容量,這可以減少遞增式再分配的數(shù)量。

注意,此實(shí)現(xiàn)不是同步的。如果多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)ArrayList實(shí)例,而其中至少一個(gè)線程從結(jié)構(gòu)上修改了列表,那么它必須保持外部同步。

ArrayList這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,總體來(lái)說(shuō),ArrayList底層結(jié)構(gòu)是數(shù)組,他的很多方法都是從數(shù)組上面演變而來(lái)的。

下面我們先來(lái)看一下ArrayList中的一些初始值

//通過(guò)ArrayList實(shí)現(xiàn)的接口可知,其支持隨機(jī)訪問(wèn),能被克隆,支持序列化
public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    //序列版本號(hào)
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

  //默認(rèn)初始容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    //空實(shí)例的共享空數(shù)組實(shí)例
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //被用于默認(rèn)大小的空實(shí)例的共享數(shù)組實(shí)例。
    //與EMPTY_ELEMENTDATA的區(qū)別是:當(dāng)我們向數(shù)組中添加第一個(gè)元素時(shí),知道數(shù)組該擴(kuò)充多少。
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Object[]類型的數(shù)組,保存了添加到ArrayList中的元素。ArrayList的容量是該Object[]類型數(shù)組的長(zhǎng)度
     * 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)元素被添加時(shí),任何空ArrayList中的elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA將會(huì)被
     * 擴(kuò)充到DEFAULT_CAPACITY(默認(rèn)容量)。
     */
     transient Object[] elementData; //沒(méi)有被私有化是為了簡(jiǎn)化內(nèi)部類訪問(wèn)

    // ArrayList的大?。ㄖ钙渌脑貍€(gè)數(shù))
    private int size;
    
    // 記錄被修改的次數(shù)  
    protected transient int modCount = 0;  
    
    // 數(shù)組的最大值  
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8  

}

elementData 是"Object[] 類型的數(shù)組",它保存了添加到ArrayList中的元素。實(shí)際上,elementData是個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組,我們能通過(guò)構(gòu)造函數(shù) ArrayList(intinitialCapacity)來(lái)執(zhí)行它的初始容量為initialCapacity;如果通過(guò)不含參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)ArrayList()來(lái)創(chuàng)建ArrayList,則elementData的容量默認(rèn)是10。elementData數(shù)組的大小會(huì)根據(jù)ArrayList容量的增長(zhǎng)而動(dòng)態(tài)的增長(zhǎng),具體的增長(zhǎng)方式請(qǐng)看這里

構(gòu)造函數(shù)

ArrayList提供了三種方式的構(gòu)造器??梢詷?gòu)造一個(gè)默認(rèn)初始容量為10的空列表、構(gòu)造一個(gè)指定初始容量的空列表以及構(gòu)造一個(gè)包含指定collection的元素的列表。

這些元素按照該collection的迭代器返回的順序排列的。

// 構(gòu)造一個(gè)指定初始容量的空列表
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {              // 如果給定的初始容量為負(fù)值
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}

// 構(gòu)造一個(gè)默認(rèn)初始容量為10的空列表
public ArrayList() {   //這里并沒(méi)有初始化,jdk 1.8之后是在進(jìn)行add操作后初始化 
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

// 構(gòu)造一個(gè)包含指定collection的元素的列表,這些元素按照該collection的迭代器返回的順序排列的
public ArrayList(Collection c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) { 
        // c.toArray()可能不會(huì)正確地返回一個(gè) Object[]數(shù)組,那么使用Arrays.copyOf()方法
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {     // 如果指定的collection為空
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

使用無(wú)參構(gòu)造器,默認(rèn)初始容量為什么是10?

1) 初始時(shí):this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; size = 0;

2) 向數(shù)組中添加第一個(gè)元素時(shí),add(E e)方法中調(diào)用了ensureCapacityInternal(size + 1)方法,即ensureCapacityInternal(1);

3) 在ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法中,minCapacity=DEFAULT_CAPACITY=10,然后再調(diào)用ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法,即ensureExplicitCapacity(10);

4) 在ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法中調(diào)用grow(minCapacity)方法,即grow(10),此處為真正具體的數(shù)組擴(kuò)容的算法,在此方法中,通過(guò)elementData = Arrays.copyOf(elementData, 10)具體實(shí)現(xiàn)了elementData數(shù)組初始容量為10的構(gòu)造。

具體的擴(kuò)容算法的實(shí)現(xiàn)請(qǐng)看這里

添加元素
// 在數(shù)組末尾加上一個(gè)元素
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 進(jìn)行擴(kuò)容檢查
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

// 在數(shù)組的指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);   // 檢查index是否越界

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 進(jìn)行擴(kuò)容檢查
    
    // 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制操作,空出index位置,并插入element,將源數(shù)組中從index位置開始后的size-index個(gè)元素統(tǒng)一后移一位
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;    // 元素個(gè)數(shù)加1
}

// 按照指定collection集合的迭代器所返回的元素順序,將該collection中的所有元素添加到列表的尾部
public boolean addAll(Collection c) {
    Object[] a = c.toArray();      // 將collection轉(zhuǎn)換為數(shù)組類型
    int numNew = a.length;         // collection中的元素個(gè)數(shù)
    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // 進(jìn)行擴(kuò)容檢查
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);    // 將數(shù)組a[0,...,numNew-1]復(fù)制到數(shù)組elementData[size,...,size+numNew-1]
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

// 按照指定collection集合的迭代器所返回的元素順序,將該collection中的所有元素添加到列表的指定位置
public boolean addAll(int index, Collection c) {
    rangeCheckForAdd(index);    // 檢查index是否越界

    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // 進(jìn)行擴(kuò)容檢查

    // 將數(shù)組elementData[index,...,index+numMoved-1]復(fù)制到elementData[index+numMoved,...,index+2*numMoved-1]
    //將源數(shù)組中從index位置開始的后numMoved個(gè)元素統(tǒng)一后移numNew位
    int numMoved = size - index;
    if (numMoved > 0)    
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                         numMoved);

    // 將數(shù)組a[0,...,numNew-1]復(fù)制到數(shù)組elementData[index,...,index+numNew-1]完成數(shù)據(jù)的插入                     
    System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}
擴(kuò)容相關(guān)
// 用于自定義設(shè)置ArrayList的容量
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
        ? 0
        : DEFAULT_CAPACITY;

    if (minCapacity > minExpand) {
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
}

// 進(jìn)行擴(kuò)容檢查
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    //第一次add操作初始化,如果為空ArrayList,那么初始化容量為10
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    //判斷是否需要擴(kuò)容
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

//判斷是否需要擴(kuò)容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    //modCount這個(gè)參數(shù)運(yùn)用到了 fail-fast 機(jī)制
    modCount++;
    
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);   // 擴(kuò)容
}

// 擴(kuò)容
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    //newCapacity為以前的1.5倍
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    //判斷容量是否到達(dá)long int 最大臨界值
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // 對(duì)數(shù)組進(jìn)行復(fù)制處理
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

// 檢查是否超過(guò)最大容量 0x7fffffff ,是否拋出異常
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}
刪除元素
// 刪除指定位置的元素
public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);    //數(shù)組越界檢查
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size - index - 1;      //計(jì)算數(shù)組需要復(fù)制的數(shù)量
    if (numMoved > 0)   //將index后的數(shù)據(jù)都向前移一位
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);

    elementData[--size] = null;   //help  GC
    return oldValue;
}

// 刪除指定內(nèi)容的元素(只刪除第一個(gè)匹配成功的)
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

//找到對(duì)應(yīng)的元素后,刪除。刪除元素后的元素都向前移動(dòng)一位
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)     // 將index后面的元素整體向前移動(dòng)一位
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // help GC
}

//清空ArrayList,將全部的元素設(shè)為null
public void clear() {
    modCount++;

    for (int i = 0; i < size; i++)    // help  GC
        elementData[i] = null;

    size = 0;
}

//刪除ArrayList中從fromIndex到toIndex(區(qū)間--左閉右開)之間所有的元素
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
    modCount++;
    int numMoved = size - toIndex;  //需向前移動(dòng)的元素的個(gè)數(shù)
    System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                     numMoved);

    // help GC
    int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
    for (int i = newSize; i < size; i++) {
        elementData[i] = null;
    }
    size = newSize;
}

//刪除ArrayList中包含在指定容器c中的所有元素
public boolean removeAll(Collection c) {
    Objects.requireNonNull(c);  //檢查指定的對(duì)象c是否為空
    return batchRemove(c, false);
}

//移除ArrayList中不包含在指定容器c中的所有元素,與removeAll(Collection c)正好相反
public boolean retainAll(Collection c) {
    Objects.requireNonNull(c);     //檢查指定的對(duì)象c是否為空
    return batchRemove(c, true);
}

// 根據(jù)complement的值刪除元素
private boolean batchRemove(Collection c, boolean complement) {
    final Object[] elementData = this.elementData;
    int r = 0, w = 0;    //讀寫雙指針  w是重新存元素時(shí)的索引,r是原來(lái)的索引
    boolean modified = false;
    try {
        //遍歷數(shù)組,并檢查這個(gè)集合是否包含對(duì)應(yīng)的值,移動(dòng)要保留的值到數(shù)組前面,w最后值為要保留的元素的數(shù)量
        //簡(jiǎn)單點(diǎn):若保留,就將相同元素移動(dòng)到前段;若刪除,就將不同元素移動(dòng)到前段
        for (; r < size; r++)
            if (c.contains(elementData[r]) == complement)  //判斷指定容器c中是否含有elementData[r]元素
                elementData[w++] = elementData[r];
    }finally {//確保異常拋出前的部分可以完成期望的操作,而未被遍歷的部分會(huì)被接到后面
        //r!=size表示可能出錯(cuò)了:c.contains(elementData[r])拋出異常
        if (r != size) {
            System.arraycopy(elementData, r,elementData, w,size - r);
            w += size - r;
        }
        //如果w==size:表示全部元素都保留了,所以也就沒(méi)有刪除操作發(fā)生,所以會(huì)返回false;反之,返回true,并更改數(shù)組
        //而w!=size的時(shí)候,即使try塊拋出異常,也能正確處理異常拋出前的操作,因?yàn)閣始終為要保留的前段部分的長(zhǎng)度,數(shù)組也不會(huì)因此亂序
        if (w != size) {
            for (int i = w; i < size; i++)
                elementData[i] = null;
            modCount += size - w;//改變的次數(shù)
            size = w;   //新的大小為保留的元素的個(gè)數(shù)
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

removeAll和retainAll方法:實(shí)現(xiàn)刪除或保留ArrayList中包含Collection c中的的元素。

這兩個(gè)方法都用到batchRemove方法(boolean complement使得batchRemove方法得到了重用)

下面以removeAll為例,分析batchRemove(c, false)

遍歷elementData

如果集合c中包含elementData的元素e,則c.contains(elementData[r])true,if不成立,if結(jié)束;如果c不包含elementData的元素e,則if成立,將此元素e賦值給elementData[w++] (即elementData保留了c中沒(méi)有的元素,也就是刪除了c中存在的所有元素。)

執(zhí)行finally

finally是不管try中結(jié)果如何都會(huì)執(zhí)行的。if(r!=size),則將elementData未參加比較的元素arraycopyelementData后面;新索引w加上剛arraycopy的數(shù)目;if (w != size),此時(shí)w還不等于size,則將w后的元素移除.只有執(zhí)行了if (w != size)(事實(shí)上只要c中含有elementData的元素,w肯定不等于size),才令modified = true,才說(shuō)明remove成功,返回true,否則返回false。

ArrayList中還有一個(gè)用于節(jié)約數(shù)組內(nèi)存空間,縮小容量的方法

// 因?yàn)槿萘砍3?huì)大于實(shí)際元素的數(shù)量。內(nèi)存緊張時(shí),可以調(diào)用該方法刪除預(yù)留的位置,調(diào)整容量為元素實(shí)際數(shù)量。
// 如果確定不會(huì)再有元素添加進(jìn)來(lái)時(shí)也可以調(diào)用該方法來(lái)節(jié)約空間
public void trimToSize() {
    modCount++;
    // length是數(shù)組長(zhǎng)度,size表示數(shù)組內(nèi)元素個(gè)數(shù)  
    // size

去掉預(yù)留元素的位置。返回一個(gè)新數(shù)組,新數(shù)組不含null,數(shù)組的size和elementData.length相等,以節(jié)省空間。此函數(shù)可避免size很小但elementData.length很大的情況。

ArrayList會(huì)每次增長(zhǎng)會(huì)預(yù)申請(qǐng)多一點(diǎn)空間,1.5倍,這樣就會(huì)出現(xiàn)當(dāng)size() = 10的時(shí)候,ArrayList已經(jīng)申請(qǐng)了15空間, trimToSize就是刪除多余的5,只留10。

或許有人會(huì)有疑問(wèn):
調(diào)用Arrays.copyOf復(fù)制size長(zhǎng)度的元素到elementData,而且由源碼看應(yīng)該是從0復(fù)制到size處,那么如果我之前調(diào)用過(guò)add(int index, E element)呢?比如,list={1,2,3,null,null,4,null,null},如果調(diào)用trimToSize返回的應(yīng)該是list={1,2,3,null}(因?yàn)閟ize=4)。其實(shí)上面這種情況不會(huì)發(fā)生的,因?yàn)檎{(diào)用add(int index, E element)時(shí),會(huì)檢查index的合法性,所以list的元素肯定是相鄰的,而不會(huì)出現(xiàn)上述這種中間出現(xiàn)null的情況。

修改元素
// 將指定位置的元素改為指定的值 
public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);    // 檢查index是否越界

    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}
查找元素
//判斷ArrayList中是否包含Object(o)
public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) >= 0;
}

//返回一個(gè)值在數(shù)組首次出現(xiàn)的位置,會(huì)根據(jù)是否為null使用不同方式判斷。不存在就返回-1。時(shí)間復(fù)雜度為O(N)
public int indexOf(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int i = 0; i < size; i++)                 
            if (elementData[i]==null)
                return i;
    } else {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (o.equals(elementData[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

//返回一個(gè)值在數(shù)組最后一次出現(xiàn)的位置,不存在就返回-1。時(shí)間復(fù)雜度為O(N)
public int lastIndexOf(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int i = size-1; i >= 0; i--)
            if (elementData[i]==null)
                return i;
    } else {
        for (int i = size-1; i >= 0; i--)
            if (o.equals(elementData[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

//返回指定位置的值,因?yàn)槭菙?shù)組,所以速度特別快
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

//返回指定位置的值,但是會(huì)檢查這個(gè)位置數(shù)否超出數(shù)組長(zhǎng)度
public E get(int index) {
    rangeCheck(index);

    return elementData(index); //實(shí)質(zhì)上return (E) elementData[index]
}
序列化
//保存數(shù)組實(shí)例的狀態(tài)到一個(gè)流(即它序列化)。寫入過(guò)程數(shù)組被更改會(huì)拋出異常
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject(); //執(zhí)行默認(rèn)的反序列化/序列化過(guò)程。將當(dāng)前類的非靜態(tài)和非瞬態(tài)字段寫入此流
    // 寫入大小
    s.writeInt(size);
    // 按順序?qū)懭胨性?    for (int i=0; i 0) {
        ensureCapacityInternal(size);
        Object[] a = elementData;
        //讀入所有元素
        for (int i=0; i

為什么要自定義序列化、反序列化機(jī)制呢?

由于ArrayList實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組,往往數(shù)組中會(huì)有空余的空間,如果采用默認(rèn)的序列化機(jī)制,那些空余的空間會(huì)作為null寫入本地文件或者在網(wǎng)絡(luò)中傳輸,耗費(fèi)了不必要的資源。所以,ArrayList使用自定義序列化機(jī)制,僅寫入索引為【0,size)的有效元素以節(jié)省資源

迭代器
//返回ListIterator,開始位置為指定參數(shù)
public ListIterator listIterator(int index) {
    if (index < 0 || index > size)
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
    return new ListItr(index);
}

//返回ListIterator,開始位置為0
public ListIterator listIterator() {
    return new ListItr(0);
}

//返回普通迭代器
public Iterator iterator() {
    return new Itr();
}

//通用的迭代器實(shí)現(xiàn)
private class Itr implements Iterator {
    int cursor;       //游標(biāo),下一個(gè)元素的索引,默認(rèn)初始化為0
    int lastRet = -1; //上次訪問(wèn)的元素的位置
    int expectedModCount = modCount;//迭代過(guò)程不允許修改數(shù)組,否則就拋出異常
    //是否還有下一個(gè)
    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }
    //下一個(gè)元素
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        checkForComodification();//檢查數(shù)組是否被修改
        int i = cursor;
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1; //向后移動(dòng)游標(biāo)
        return (E) elementData[lastRet = i];    //設(shè)置訪問(wèn)的位置并返回這個(gè)值
    }
    //刪除元素
    public void remove() {
        if (lastRet < 0)
            throw new IllegalStateException();
        checkForComodification();//檢查數(shù)組是否被修改
        try {
            ArrayList.this.remove(lastRet);
            cursor = lastRet;
            lastRet = -1;
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void forEachRemaining(Consumer consumer) {
        Objects.requireNonNull(consumer);
        final int size = ArrayList.this.size;
        int i = cursor;
        if (i >= size) {
            return;
        }
        final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        while (i != size && modCount == expectedModCount) {
            consumer.accept((E) elementData[i++]);
        }
        cursor = i;
        lastRet = i - 1;
        checkForComodification();
    }
    //檢查數(shù)組是否被修改
    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

//ListIterator迭代器實(shí)現(xiàn)
private class ListItr extends Itr implements ListIterator {
    ListItr(int index) {
        super();
        cursor = index;
    }
    public boolean hasPrevious() {
        return cursor != 0;
    }
    public int nextIndex() {
        return cursor;
    }
    public int previousIndex() {
        return cursor - 1;
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E previous() {
        checkForComodification();
        int i = cursor - 1;
        if (i < 0)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i;
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }
    public void set(E e) {
        if (lastRet < 0)
            throw new IllegalStateException();
        checkForComodification();
        try {
            ArrayList.this.set(lastRet, e);
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
    public void add(E e) {
        checkForComodification();
        try {
            int i = cursor;
            ArrayList.this.add(i, e);
            cursor = i + 1;
            lastRet = -1;
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}

Iterator與ListIterator的區(qū)別:

Iterator可以應(yīng)用于所有的集合,Set、List和Map和這些集合的子類型。而ListIterator只能用于List及其子類型;

Iterator只能實(shí)現(xiàn)順序向后遍歷,ListIterator可實(shí)現(xiàn)順序向后遍歷和逆向(順序向前)遍歷;

Iterator只能實(shí)現(xiàn)remove操作,ListIterator可以實(shí)現(xiàn)remove操作,add操作,set操作。

其他方法
//返回ArrayList的大?。ㄔ貍€(gè)數(shù))
public int size() {
    return size;
}

//判斷ArrayList是否為空
public boolean isEmpty() {
    return size == 0;
}

//返回此 ArrayList實(shí)例的淺拷貝(元素本身沒(méi)有被復(fù)制,復(fù)制過(guò)程數(shù)組發(fā)生改變會(huì)拋出異常)
public Object clone() {
    try {
        ArrayList v = (ArrayList) super.clone();
        v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        v.modCount = 0;
        return v;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        throw new InternalError(e);
    }
}
/*
淺克隆就是我們所看到的Arrays.copyOf, System.arraycopy,數(shù)組是新的,但是里面N個(gè)元素全是引用的舊的。
淺拷貝(影子克隆):只復(fù)制基本類型。

深拷貝(深度克隆):基本類+對(duì)象。
*/

//返回一個(gè)包含ArrayList中所有元素的數(shù)組
public Object[] toArray() {
    return Arrays.copyOf(elementData, size);
}

// 返回一個(gè)數(shù)組,使用運(yùn)行時(shí)確定類型,該數(shù)組包含在這個(gè)列表中的所有元素(從第一到最后一個(gè)元素)
// 返回的數(shù)組容量由參數(shù)和本數(shù)組中較大值確定
@SuppressWarnings("unchecked")
public  T[] toArray(T[] a) {
    if (a.length < size)
        // Make a new array of a"s runtime type, but my contents:
        return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
    System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
    if (a.length > size)
        a[size] = null;
    return a;
}
ArrayList相關(guān)問(wèn)題 Integer.MAX_VALUE - 8 這里為什么要減去8?

主要是考慮到不同的JVM,有的VM會(huì)在加入一些數(shù)據(jù)頭,當(dāng)擴(kuò)容后的容量大于MAX_ARRAY_SIZE,我們會(huì)去比較最小需要容量和MAX_ARRAY_SIZE做比較,如果比它大, 只能取Integer.MAX_VALUE,否則是Integer.MAX_VALUE -8。
這個(gè)是從jdk1.7開始才有的

jdk1.8的無(wú)參構(gòu)造函數(shù)和之前版本的構(gòu)造函數(shù)有什么區(qū)別?
jdk1.6
public ArrayList() {    
    this(10);    
} 

jdk1.7
public ArrayList() {    
    super();    
    this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;    
}

jdk1.8
public ArrayList() {    
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;    
}  

對(duì)比下可以看出:jdk1.6的無(wú)參構(gòu)造方法(默認(rèn)構(gòu)造方法)構(gòu)造的ArrayList的底層數(shù)組elementData大小(容量)默認(rèn)為10;從1.7開始,無(wú)參構(gòu)造方法構(gòu)造的ArrayList的底層數(shù)組elementData大小默認(rèn)為0。

java集合類在jdk1.7版本基本上都有一種改動(dòng):懶初始化。懶初始化指的是默認(rèn)構(gòu)造方法構(gòu)造的集合類,占據(jù)盡可能少的內(nèi)存空間(對(duì)于ArrayList來(lái)說(shuō),使用空數(shù)組來(lái)占據(jù)盡量少的空間,不使用null是為了避免null判斷),在第一次進(jìn)行包含有添加語(yǔ)義的操作時(shí),才進(jìn)行真正的初始化工作。

1.7開始的ArrayList,默認(rèn)構(gòu)造方法構(gòu)造的實(shí)例,底層數(shù)組是空數(shù)組,容量為0,在進(jìn)行第一次add/addAll等操作時(shí)才會(huì)真正給底層數(shù)組賦非empty的值。如果add/addAll添加的元素小于10,則把elementData數(shù)組擴(kuò)容為10個(gè)元素大小,否則使用剛好合適的大?。ɡ纾谝淮蝍ddAll添加6個(gè),那么擴(kuò)容為10個(gè),第一次添加大于10個(gè)的,比如24個(gè),擴(kuò)容為24個(gè),剛好合適)

1.8版本,默認(rèn)構(gòu)造的實(shí)例這個(gè)行為沒(méi)有改變,只是用的數(shù)組名字變了。

jdk1.6中擴(kuò)容算法的缺陷

(由于jdk1.7和jdk1.8在擴(kuò)容算法方面差別不大,所以下面沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分)

jdk1.6
public void ensureCapacity(int minCapacity) {  
    modCount++;  
    int oldCapacity = elementData.length;  
    if (minCapacity > oldCapacity) {  
        Object oldData[] = elementData;  
        int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;  
        if (newCapacity < minCapacity)  
            newCapacity = minCapacity;  
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:  
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
    }  
} 

從上面的代碼可以看出jdk1.6的ensureCapacity方法只是簡(jiǎn)單進(jìn)行了邏輯上的操作,沒(méi)有過(guò)多考慮int型溢出的問(wèn)題,從1.7開始對(duì)這個(gè)進(jìn)行了完善。

而且沒(méi)考慮入?yún)inCapacity可能因?yàn)閕nt溢出變?yōu)樨?fù)數(shù)。這個(gè)方法可以外部手動(dòng)調(diào)用,手動(dòng)擴(kuò)容傳入負(fù)數(shù)這個(gè)肯定是應(yīng)該攔截掉的。但是自動(dòng)擴(kuò)容會(huì)因?yàn)閕nt溢出產(chǎn)生負(fù)數(shù),碰到這種情況時(shí)應(yīng)該特殊處理,而不是什么都不做,等著后面拋出一個(gè)ArrayIndexOutOfBoundsException。

還有就是下面這句代碼會(huì)造成過(guò)早溢出

int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;

雖然上面這行代碼和1.7開始的oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 差不多,都是相當(dāng)于1.5倍,但實(shí)際上是有
區(qū)別的。

這里主要有兩個(gè)區(qū)別

第一個(gè)區(qū)別是jdk1.6的乘除運(yùn)算的數(shù)學(xué)結(jié)果比后面一個(gè)大1比如oldCapacity=10,1.6的
算法得到16,1.7開始的算法得到15,這個(gè)影響不大;

第二個(gè)區(qū)別就是兩者在數(shù)字比較大時(shí)運(yùn)算結(jié)果不一樣,比如
oldCapacity=10^9,這個(gè)數(shù)和Integer.MAX_VALUE位數(shù)一樣,用1.6的算法得到的會(huì)是錯(cuò)誤的-647483647,用
1.7的則是正確的1500000000,這時(shí)候明明可以1.5倍擴(kuò)容,但是jdk1.6卻用的是按需擴(kuò)容。

ensureCapacity(稱之為手動(dòng),是因?yàn)榇朔椒ㄊ莗ublic的,可以外部手動(dòng)調(diào)用)。
在1.6版本是只有這個(gè)手動(dòng)的方法,內(nèi)部自動(dòng)操作也是調(diào)用這個(gè)方法,1.7開始進(jìn)行了區(qū)分,并且進(jìn)一步改進(jìn)了擴(kuò)容操作。

從1.7開始將內(nèi)部擴(kuò)容和外部可以調(diào)用的擴(kuò)容方法分開了,通過(guò)源碼可以看出:外部調(diào)用的手動(dòng)擴(kuò)容方法ensureCapacity要多一個(gè)判斷條件 minCapacity > minExpand,這個(gè)判斷條件攔截掉負(fù)數(shù)的minCapacity,這樣調(diào)用內(nèi)部擴(kuò)容ensureCapacityInternal方法時(shí),minCapacity一定是正數(shù);內(nèi)部擴(kuò)容方法直接就用minCapacity - elementData.length > 0判斷,此條件可以檢測(cè)出int型溢出,碰到溢出最后會(huì)拋出一個(gè)OOM錯(cuò)誤。jdk1.7用OOM,這比jdk1.6用ArrayIndexOutOfBoundsException更好,因?yàn)榇藭r(shí)數(shù)組大小超出了虛擬機(jī)對(duì)數(shù)組的限制,虛擬機(jī)無(wú)法處理這種情況了,拋出一個(gè)ERROR是合理的。

使用這行代碼

newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

這行代碼不僅僅是使用位運(yùn)算加快執(zhí)行速度,上面說(shuō)了,這種做法才是對(duì)的,是真正的1.5倍。不僅僅因?yàn)槟且粋€(gè)大小的差別,更重要的是避免過(guò)早出現(xiàn)int溢出的情況,保證了內(nèi)部自動(dòng)擴(kuò)容會(huì)盡量按規(guī)定的策略執(zhí)行。同時(shí)整個(gè)擴(kuò)容處理流程中多增加了幾處if判斷,對(duì)各種情況處理更加完善。

為什么ArrayList自動(dòng)容量擴(kuò)充選擇擴(kuò)充1.5倍?

這種算法構(gòu)造出來(lái)的新的數(shù)組長(zhǎng)度的增量都會(huì)比上一次大( 而且是越來(lái)越大) ,避免頻繁newInstance 的情況。

為什么ArrayList 不適合頻繁插入和刪除操作?

由上面分析的增加刪除方法可以看出在ArrayList中經(jīng)常會(huì)調(diào)用 System.arraycopy 這個(gè)效率很低的操作來(lái)復(fù)制數(shù)組,所以導(dǎo)致ArrayList在插入和刪除操作中效率不高。

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